專利名稱：構(gòu)建高空間分辨率ndvi時(shí)間序列數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)建高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)的方法，該方法可通過已知的MODIS NDVI數(shù)據(jù)和TM NDVI數(shù)據(jù)產(chǎn)生高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
歸一化差值植被指數(shù)(Normalizeddifference vegetation index,縮寫為NDVI)是一種廣泛使用的植被指數(shù)，它可以根據(jù)衛(wèi)星遙感獲得的紅光和近紅外波段的地表反射率求得(參見附錄17)，例如，美國陸地衛(wèi)星的TM以及MODIS數(shù)據(jù)中即包含有衛(wèi)星遙感獲得的NDVI數(shù)據(jù)，該NDVI數(shù)據(jù)可以從相關(guān)網(wǎng)站下載或者購買獲得。NDVI可用于檢測植被生長狀態(tài)、植被覆蓋度等，其可反映出植物冠層的背景影響， 如土壤、潮濕地面、雪等與植被覆蓋有關(guān)的參數(shù)。NDVI大于等于-I小于等于+1，負(fù)值表示地表或者地表對應(yīng)的空中區(qū)域?yàn)閦 、水、雪等，對可見光聞反射；0表不有巖石或裸土等；正值，表示有植被覆蓋，且隨覆蓋度增大而增大。將衛(wèi)星探測獲得的NDVI數(shù)據(jù)置于地圖上就可以形成一幅數(shù)字化的NDVI數(shù)值“圖片”，該“圖片”中的每個(gè)像素點(diǎn)都對應(yīng)著地表的一個(gè)正方形區(qū)域，該正方形區(qū)域具有一個(gè)特定的NDVI數(shù)值，所有像素點(diǎn)以其具有的NDVI數(shù)值排列在一起就構(gòu)成了一幅以NDVI數(shù)值表現(xiàn)出來的數(shù)字“圖片”，而“圖片”的每個(gè)像素的NDVI數(shù)值可用于表示地圖上該位置的地表植被情況。其中，所述TM NDVI數(shù)據(jù)指的是，美國國家航空航天局開發(fā)的美國陸地探測衛(wèi)星系統(tǒng)Landsat搭載的Thematic Mapper (TM)傳感器獲取的地表數(shù)據(jù)，TM NDVI數(shù)據(jù)中的每個(gè)地表像素具有對應(yīng)的NDVI數(shù)值。同樣的，所述MODIS NDVI數(shù)據(jù)指的是，美國地球觀測系統(tǒng)系列衛(wèi)星Aqua和Terra上搭載的中分辨率成像光譜儀(Moderate-resolution imagingspectroradiometer,縮寫為M0DIS)獲取的地表數(shù)據(jù)，MODIS NDVI數(shù)據(jù)中的每個(gè)地表像素具有對應(yīng)的NDVI數(shù)值。其中，TM NDVI數(shù)據(jù)中的NDVI數(shù)值的空間分辨率為30m*30m，時(shí)間分辨率為16天，而MODIS NDVI數(shù)據(jù)中的NDVI數(shù)值的最大空間分辨率為250m*250m，時(shí)間分辨率為I天(M0DIS NDVI數(shù)據(jù)實(shí)際上可以由兩顆衛(wèi)星提供，這兩顆衛(wèi)星所獲得的MODIS NDVI數(shù)據(jù)的空間分辨率和時(shí)間分辨率是相同的，不同的是兩顆衛(wèi)星分別是上午和下午過境，因此對于同一地區(qū)，每天可以獲得兩次MODIS NDVI數(shù)據(jù)，本申請中為簡化起見，選取的是同一地區(qū)同一天上午過境的MODIS NDVI數(shù)據(jù))。也就是說，對于地球上同一位置，例如黃土高原某處，Landsat衛(wèi)星每16天會(huì)通過一次，其上的TM傳感器獲得的地表圖像的每個(gè)像素代表30m*30m的尺度范圍，因此TM傳感器在空間尺度上獲得的NDVI數(shù)據(jù)的空間分辨率為30m*30m。同樣的,Aqua或Terra衛(wèi)星每天都會(huì)通過該處位置一次,其上的MODIS傳感器獲得的圖像的每個(gè)像素代表250m*250m的尺度范圍，因此MODIS傳感器在空間尺度上獲得的NDVI數(shù)據(jù)的空間分辨率為250m*250m。從上述對于TM NDVI數(shù)據(jù)和MODIS NDVI數(shù)據(jù)介紹可知，TM NDVI數(shù)據(jù)具有較高的空間分辨率和較低的時(shí)間分辨率，而MODIS NDVI數(shù)據(jù)具有較低的空間分辨率和較高的時(shí)間分辨率。TM NDVI數(shù)據(jù)的空間分辨率較高，其對于地面植被情況的探測精度要比MODIS NDVI數(shù)據(jù)要好很多，但是缺陷是，其提供的NDVI數(shù)值并不是每天都有，需要間隔16天才能獲取一次，對于特定區(qū)域的連續(xù)監(jiān)控存在難度，無法獲得精確時(shí)間范圍內(nèi)的植被變化情況，例如，對于某山區(qū)的森林火情的監(jiān)控或地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)控存在時(shí)間上的盲點(diǎn)。另一方面，MODISNDVI數(shù)據(jù)雖然每天都能獲得，但是其空間分辨率卻不夠，對于較小范圍內(nèi)的森林火情或地質(zhì)災(zāi)害也無法給出變化情況的數(shù)據(jù)。因此，需要提供一種方法，用以通過已知的MODIS NDVI數(shù)據(jù)中的低空間分辨率的MODIS像素和TM NDVI數(shù)據(jù)中的高空間分辨率的TM像素，預(yù)測構(gòu)建高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種構(gòu)建高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù) 的方法，該方法通過已知的MODIS NDVI數(shù)據(jù)中的低空間分辨率的MODIS像素和TM NDVI數(shù)據(jù)中的高空間分辨率的TM像素，預(yù)測構(gòu)建高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)。所述方法包括如下步驟(A)將時(shí)刻和t2時(shí)刻的低空間分辨率的MODIS像素按照TM像素尺度進(jìn)行填充，然后將這些TM像素依據(jù)NDVI閾值劃分成總類為I的地物類別C，設(shè)定同一地物類別c的TM像素具備相同的NDVI增長率；(B)測量獲得從&到t2時(shí)刻的MODIS像素的NDVI增長率；(C)將所述不同地物類別的TM像素的NDVI增長率乘以該地物類別的TM像素在其所在的MODIS像素中所占的面積比之后加起來，就獲得了填充在所述MODIS像素中的所有TM像素的NDVI增長率的平均值，該平均值等于上述步驟(B)中的所述MODIS像素的NDVI增長率；(D)設(shè)定與上述MODIS像素相鄰的至少(I - I)個(gè)MODIS像素中，同樣地物類別的NDVI增長率相同，對所述(I - I)個(gè)MODIS像素重復(fù)上述步驟(A)到(C)，從而計(jì)算獲得每個(gè)地物類別的所述TM像素的NDVI增長率；(E)測量獲得&時(shí)刻的TM像素的NDVI數(shù)值，設(shè)定NDVI數(shù)值隨著時(shí)間呈線性變化，根據(jù)步驟(D)中獲得的所述每個(gè)地物類別的所述TM像素的NDVI增長率，計(jì)算獲得t2時(shí)刻的TM像素的NDVI數(shù)值；(F)將所述計(jì)算獲得的t2時(shí)刻的TM像素的NDVI數(shù)值與所述已知的&時(shí)刻的TM像素的NDVI數(shù)值按照時(shí)間排列，就獲得了所述高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，其中步驟E中，所述設(shè)定NDVI數(shù)值隨著時(shí)間呈線性變化由公式(I)獲得NDVI2=NDVI^kX (Vt1)(I)其中，NDVIi是ti (i=l, 2)時(shí)刻的NDVI值；k表示從&到t2時(shí)刻對應(yīng)的NDVI增長率。優(yōu)選地，其中步驟C中，所有TM像素的NDVI增長率的平均值等于所述MODIS像素的NDVI增長率由公式(2)獲得 kM0DIS (X，y, — t2) = Σ 1^ifc (x, y, t) X kc (x, y, h — t2) (2 )
其中，kM°DIS(x, y, ti — t2)是從L到t2時(shí)刻的MODIS像素(x，y)的增長率；kc (x, y, — t2)是從L到t2時(shí)刻MODIS像素(x，y)中對應(yīng)的第c類TM像素的增長率；fc(x, y, ti)是&時(shí)刻像素(X，y)中第c類地物的面積比；1是像素(X，y)中總的地物類型。優(yōu)選地，其中步驟D中，所述每個(gè)地物類別的所述TM像素的NDVI增長率由公式
(3)獲得
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)建高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)的方法，該方法通過已知的MODIS NDVI數(shù)據(jù)中的低空間分辨率的MODIS像素和TM NDVI數(shù)據(jù)中的高空間分辨率的TM像素，預(yù)測構(gòu)建高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (A)將A時(shí)刻和t2時(shí)刻的低空間分辨率的MODIS像素按照TM像素尺度進(jìn)行填充，然后將這些TM像素依據(jù)NDVI閾值劃分成總類為I的地物類別C，設(shè)定同一地物類別c的TM像素具備相同的NDVI增長率。
(B)測量獲得從A到t2時(shí)刻的MODIS像素的NDVI增長率。
(C)將所述不同地物類別的TM像素的NDVI增長率乘以該地物類別的TM像素在其所在的MODIS像素中所占的面積比之后加起來，就獲得了填充在所述MODIS像素中的所有TM像素的NDVI增長率的平均值，該平均值等于上述步驟(B)中的所述MODIS像素的NDVI增長率。
(D)設(shè)定與上述MODIS像素相鄰的至少(I- I)個(gè)MODIS像素中，同樣地物類別的NDVI增長率相同，對所述(I - I)個(gè)MODIS像素重復(fù)上述步驟(A)到(C)，從而計(jì)算獲得每個(gè)地物類別的所述TM像素的NDVI增長率。
(E)測量獲得&時(shí)刻的TM像素的NDVI數(shù)值，設(shè)定NDVI數(shù)值隨著時(shí)間呈線性變化，根據(jù)步驟(D)中獲得的所述每個(gè)地物類別的所述TM像素的NDVI增長率，計(jì)算獲得t2時(shí)刻的TM像素的NDVI數(shù)值。
(F)將所述計(jì)算獲得的t2時(shí)刻的TM像素的NDVI數(shù)值與所述已知的h時(shí)刻的TM像素的NDVI數(shù)值按照時(shí)間排列，就獲得了所述高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，其中步驟E中，所述設(shè)定NDVI數(shù)值隨著時(shí)間呈線性變化由公式(I)獲得。
NDVI2=NDVI^kX (Vt1) (I) 其中，NDVIi是\ (i=l, 2)時(shí)刻的NDVI值；k表示從&到t2時(shí)刻對應(yīng)的NDVI增長率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的方法，其特征在于，其中步驟C中，所有TM像素的NDVI增長率的平均值等于所述MODIS像素的NDVI增長率由公式(2)獲得。kM0DIS (X，y, — t2) = Σ 1^1 fc(x, y, Xkc (x, y, h — t2) (2) 其中，kM0DIS (x, y, — t2)是從&到t2時(shí)刻的MODIS像素(X，y)的增長率；kc (x, y, — t2)是從L到t2時(shí)刻MODIS像素(x，y)中對應(yīng)的第c類TM像素的增長率；fc(x, y, ti)是&時(shí)刻像素(X，y)中第c類地物的面積比；1是像素(X，y)中總的地物類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，其中步驟D中，所述每個(gè)地物類別的所述TM像素的NDVI增長率由公式(3)獲得。
/kM0D,s(l4,Zf1 (14) - F1(IjI)X /k (x,y, At) \Wiodis(η,η,At)/ If1CntIi)…fj(η,η)/ \kfM(x,y> At)/(3) 其中，Λ t代表從I1到t2時(shí)刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述地物類別I為5或6。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種構(gòu)建高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)的方法，該方法通過已知的MODIS NDVI數(shù)據(jù)中的低空間分辨率的MODIS像素和TMNDVI數(shù)據(jù)中的高空間分辨率的TM像素，預(yù)測構(gòu)建高空間分辨率NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)。本發(fā)明所提供的上述方法融合了TM數(shù)據(jù)和MODIS數(shù)據(jù)，可以高效獲得高空間分辨率的NDVI時(shí)間序列數(shù)據(jù)并具有相當(dāng)好的精度。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102831310SQ201210295918
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者陳晉, 饒玉晗, 崔喜紅, 曹鑫 申請人:北京師范大學(xué)